Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương 2 cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của diode bán dẫn Nguyễn Lý Thiên Trường

Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương 2 Diode bán dẫn trình bày , đặc tuyến VoltAmpe, các mô hình mạch diode tương đương, các tham số của diode bán dẫn, phân tích mạch DC chứa diode và một số nội dung khác.

Ký hiệu

Mt sô hình dáng ca các loi diode

Ký hiu ca diode bán dn

+ vD

-iD →

2.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Vùng nghèo

D qv

Ở nhiệt độ phòng (T=300K), VT≈≈≈≈26mV

2.2 Đặc tuyến Volt-Ampe (V-A) của diode

qkT

VT = : điện thế nhiệt

T V D v

e

I0 η

2.2 Đặc tuyến Volt-Ampe (V-A) của diode

2.3 Các mô hình mạch diode tương đương

Mô hình tương đương của diode ở chế độ DC

2.4 Các tham sôZ của diode bán dẫn

1 Đin tr" mt chi$u (đin tr" tĩnh):

-Theo chiều thuận:

(Có giá vài Ω đ+n vài ch,c Ω )

-Theo chiều ngược:

(Có giá tr r/t l0n, hàng trăm K Ω )

th

th f

th

I

V R

ng

ng r

ng

I

V R

- Khi diode làm việc với dòng cao thì có thể bỏ qua rB.

) (

.

Ω +

I

026 0

r

- Ở nhiệt đô^ phòng:

3 Đin dung t5ơng đ5ơng:

C0 = C hàng rào + C khu+ch tán

4 Mt vài tham sô gi0i hn khác:

- Điện áp ngược cực đại cho phép V ngược max

- Dòng điện thuận cực đại cho phép Imax

- Công suất tiêu hao cực đại cho phép Pmax

- Tần sôZ cực đại cho phép của tín hiệu xoay chiều fmax

2.4 Các tham sôZ của diode bán dẫn

2.5 Phân tích mạch DC chứa diode

Trong thực tế, để dễ dàng trong việc phân tích mạch, đặc tuyến của diode được xem như thẳng đứng

Vγγγγ = 0.6V ÷ 0.7V đối với diode Silicon

Vγγγγ = 0.2V÷ 0.3V đối với diode Germanium

Ví dụ: Cho mạch điện dùng diode loại Si có Vγγγγ

2.5 Phân tích mạch DC chứa diode

2.6 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode

t sin A E ) t (

v = + ω

Chế độ tín hiệu nhỏ được xem là chế độ mà dòng và ápcủa linh kiện thay đổi trên một đoạn đủ nhỏ của đặctuyến để có thể xem linh kiện như phần tử tuyến tính

Tìm dòng và áp trên diode?

→ Dùng nguyên lý x+p ch?ng (ch@ dùng cho phAn tB tuy+n tính).

2.6 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode

r R

A R

V E i

+ +

−

= +

=

r R

r A V

v V

t

v

d

d d

D

+ +

= +

026

Ví dụ: Cho mạch điện dùng diode loại Si có

Vγγγγ=0.7 như hình vẽ Cho vs(t)=0.1cosω ωt (V),

2.7 Phương trình đường tải DC (DCLL)

Phân tích tín hiệu nhỏ có thể sử dụng phương phápđôv thị: đường tải DC biểu diễn mối quan hê^ của I,V trên diode khi có phân cực của điện áp DC

2.7 Phương trình đường tải DC (DCLL)

- Điểm làm việc của diode chính là giao điểm củađường tải và đặc tuyến

- Giao điểm này được gọi là điểm làm việc tĩnh, ký hiệu

là Q

2.7 Phương trình đường tải DC (DCLL)

2.8 Phân tích tín hiệu lớn cho diode

Một diode được xem là hoạt động dưới chế độ tín hiệu lớn khi sự thay đổi của dòng điện và điện áp của diode mở rộng ra trên toàn

2.9 Phân tích mạch chỉnh lưu dùng diode

- Mạch chỉnh lưu là mạch chỉ cho phép dòng điện chảyqua nó theo một chiều

- Biến điện xoay chiều thành điện một chiều

- Diode sử dụng trong mạch này gọi là diode chỉnh lưu

2.9 Phân tích mạch chỉnh lưu dùng diode

Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ, diode Ge có Vγγγγ= 0.2V, điện trở rdkhông đáng kê{ Tải RL = 9Ω Ω, nội trở nguồn tín hiệu vào ri = 1Ω Ω.

1 Biết điện áp vào có dạng xung vuông hoặc hình sin, biên đô^ 10V Hãy vẽ dạng sóng và xác định điện áp trên tải RL.

2 Làm lại câu 1 với vi(t) là tín hiệu sin có biên đô^ 1V Xác định giá trị điện áp trên tải tại thời điểm ω ωt = ππππ/2.

1 - Dòng qua tải RL:

L i

i L

R r

V

v i

i

i

R r

V

v t

) ( 9 0 )

R r

v t

L i

vL

−

2 Khi vi nhỏ, không thê8 bỏ qua Vγ Diode chỉ dẫn điện trong khoảng thời gian vi ≥ Vγ, tại ωt = π/2:

R r

V v t

L i

i

10

) 2 0 (sin

-ChêZ tạo bằng vật liệu chịu nhiệt và tỏa nhiệt tốt.

-Hoạt động ở chêZ đô^ phân cực ngược.

- Đoạn làm việc trên phần đặc tuyến song song với trục tung.

2.10 Diode ổn áp (diode Zener)

Dùng trong mạch ổn áp.

a) Nguồn ổn định, tải thay đổi

Để áp ngõ ra ở tải ổn định ở VZ thì IZmin ≤ IZ ≤ IZmax

DC Z S

L

V R

I

min

Z L

L

V R

b) Nguồn thay đổi, tải ổn định

Để áp ngỏ ra ở tải ổn định ở VZ thì IZmin ≤ IZ ≤ IZmax

Z L

L

VI

c) Nguồn và tải đều thay đổi

Để áp ngỏ ra ở tải ổn định ở VZ thì IZmin≤ IZ ≤ IZmax

DC Z S

- IZmin khi VDCmin và ILmax

- IZmax khi VDCmax và ILmin

Vậy với Rs trong khoảng (Rs1 ÷ Rs2) thì áp trên tải vẫn ổn định ở VZ

min 1

max min

DC Z S

ĐS:

16.04V≤VDC≤22.64V

Với VDC=50V, Vz=10V, Izmin=3.2mA, Rs=1KΩ Ω Tìm

Cho mạch điện dùng diode zener như hình vẽ